21 августа физики из Университета Твенте в Нидерландах представили новую методику проверки идентичности фотонов для квантовых компьютеров. Вместо стандартной схемы, где сравниваются две частицы, они заставили интерферировать три. Это позволяет выжимать больше информации из каждого измерения и сокращает число повторений примерно на 20%. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
С 1987 года для таких проверок используется эксперимент Хонга — У — Мандела. Два фотона направляют на светоделитель: если они неразличимы, то из-за квантовой интерференции выходят из него вместе. Однако при масштабировании системы тест становится громоздким. Для десяти фотонов нужно перебрать 45 пар, и каждая пара требует тысяч прогонов — единичное измерение дает лишь один случайный результат, и только после накопления статистики видно, насколько фотоны похожи.
Ученые из Твенте добавили второй светоделитель, благодаря чему в эксперименте участвуют сразу три фотона. Такая конфигурация собирает данные о нескольких парных совпадениях одновременно. Потери одного из фотонов больше не обнуляют измерение: оставшиеся два проходят через установку и дают стандартный двухфотонный результат. С помощью матрицы Фишера авторы доказали, что схема оптимальна для трех частиц и выжимает максимально возможную информацию.
Новый метод работает даже лучше, чем идеализированный двухфотонный тест без шумов и потерь. Преимущество сохраняется при любой ненулевой эффективности передачи фотонов, так что схему можно применять в реальных лабораториях. Сейчас она пригодится для проверки источников фотонов, а в перспективе — как встроенный модуль диагностики в крупных фотонных квантовых компьютерах с сотнями частиц.